摩擦纳米发电机在自驱动微系统研究中的现状与展望

摩擦纳米发电机由王中林团队2012年首次发明,是基于机械界面摩擦起电与静电感应耦合效应的新能源技术,具有轻薄、柔性、选材广的特点,可收集人体与环境中的微小机械能,不但是一个微能源产生的新方法,更是机械传感的新途径。详述了摩擦纳米发电的机理、特性与理论模型。介绍了几种提高摩擦发电性能的微纳制造方法。综述了一系列基于摩擦电的微机械传感器、执行器和自驱动微系统,及其在柔性机械、智能装备和无线传感等领域的应用研究。对摩擦电自驱动微系统目前存在的问题做出了分析与讨论,展望了其未来的研究趋势。     

紫外分光光度法测定纳米药物递送系统中卡铂含量

目的建立纳米药物递送系统中卡铂含量的测定方法。方法采用紫外分光光度法,起始波长:800nm,终止波长:190nm,扫描间隔:1.0nm,参比溶剂:5%葡萄糖注射液。测定卡铂/5%葡萄糖溶液的紫外吸收谱,对浓度与吸光度值间的线性关系、方法的精密度、重复性以及样品的稳定性、回收率进行考察,对C60/卡铂纳米药物递送系统中的卡铂含量进行测定。结果卡铂/5%葡萄糖溶液在229nm处出现最大吸收峰;在浓度范围0.64~64μg/mL内,吸光度值与卡铂浓度具有良好的线性关系,线性回归方程为A=0.0105C+0.0082(R2=0.9984),方法具有良好的精密度(n=6,RSD=0.13%)与重复性(n=6 RSD=1.69%),样品性质稳定,在室温避光条件下保存无显著降解(n=5,RSD=0.63%),日内回收率95.96%~96.93%,日间回收率95.68%~97.53%;C60/卡铂纳米药物递送系统中,卡铂的含量为50.57%。结论该方法可用于对纳米药物递送系统中卡铂的含量进行测定,具有良好的精密度与重复性,操作简单,有较好的实用性。     

微纳米生物机器人与药物靶向递送技术

微纳米生物机器人与生物医学的结合可以解决传统医学无法解决的问题,从而显示出了其巨大的发展潜力。将微纳米生物机器人作为药物载体用于药物靶向递送技术,是机器人学、动力学、纳米科学、生物学和医学等多学科的交叉产物,对于治疗癌症、心血管疾病等具有特别的临床意义。但当前国内外的微纳米生物机器人及药物靶向治疗的整体发展水平仍处于基础研究阶段,还存在许多不足。介绍目前主要的药物靶向递送技术——磁性药物靶向及其实现机理和应用进展,总结目前存在的问题和可能解决的方法,提出以磁性红细胞作为机器人而组成的药物载体机器人群的概念,将纳米磁性红细胞机器人群应用到药物靶向递送技术上,由于与其他药物载体相比磁性载药红细胞具有强大的优势,使得它们可以很好地解决药物靶向递送过程中遇到的问题,并得到最优的、可控的、准确靶向及高浓度的药物递送机制。最后展望微纳米生物机器人在生物医学特别是药物靶向递送领域的未来前景及巨大的发展潜力。     

固-液摩擦纳米发电机

摩擦纳米发电机的发明为人们在能量收集领域开辟了新道路.固-液摩擦纳米发电机是基于固-液界面摩擦起电与静电感应效应耦合的发电装置,因其制造简单、成本低、能有效地收集多种形式的低频率水能,使其在摩擦纳米发电机中占有重要的地位.详述了固-液界面的起电机理,概括了固-液摩擦纳米发电机的典型结构和工作模式.分析了液体、固体摩擦材...     

基于摩擦纳米发电机的自供能低频振动传感器研究

设计了一种基于摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG)的自供能低频振动传感器(Low-frequency sensor,LV-TENG),结合TENG发电理论和电学仿真阐明了该传感器电信号产生的基本原理,证明了LV-TENG在无需外接电源情况下即可实现对二维振动的监测。COMSOL软件仿真分析表明,基于TENG独立层工作模式,当带电聚四氟乙烯(PTFE)小球振动时,两侧电极输出电信号与小球振幅存在较强的线性关系。通过传感器振动特性试验,定量分析了不同振动角度下LV-TENG输出电信号与外部振动参数之间的关系。根据输出电信号特征量,所设计的LV-TENG可实现振动状态的精准判断。     

摩擦纳米发电机表面织构的优化设计

摩擦纳米发电机是基于自驱动纳米技术并以接触/摩擦起电和静电感应为基础的微/纳机电动力系统,提高其起电性能的有效手段之一是将微/纳织构制备在接触界面上。采用理论与试验相结合的方法开展摩擦纳米发电机表面织构的优化设计研究。建立摩擦纳米发电机织构界面黏附接触模型,探讨外载荷、织构面密度及宽度对摩擦纳米发电机起电性能的影响规律,获得不同外载荷下使摩擦纳米发电机起电性能最优的织构参数,并制备织构化摩擦纳米发电机,构建起电性能测试平台,试验验证摩擦纳米发电机最优织构的设计效果。结果表明:不同外载荷下使摩擦纳米发电机起电性能达到最优的织构参数不同;相比于织构宽度,织构面密度对于摩擦纳米发电机起电性能的影响更为显著;所构建的理论模型结果与试验结果具有较好的一致性,可为摩擦纳米发电机表面织构的设计提供理论指导。     

旋转式直流摩擦纳米发电机研制成功

中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士领导的研究小组最近研制了旋转式直流摩擦纳米发电机,用于对旋转机械能的有效收集,首次实现了恒定电流的输出。     

摩擦纳米发电机与等离子体技术的交叉融合

简要介绍了等离子体和摩擦纳米发电机(TENG)的相关概念、发展历程及分类,从绿色节能的角度出发阐述了两者相辅相成的发展现状。在此基础上,分别从等离子体对TENG摩擦材料的表面改性和TENG激励的等离子体两个方面展开综述。基于当前的研究进展和存在的关键问题,梳理了通过等离子体表面改性提升TENG输出性能的各类方法,并进一步阐述了等离子体刻蚀和离子注入辐照的应用现状,对TENG所能激励的不同等离子体电极结构进行了综述,并对其在输出性能的优化、场发射和质谱分析、物质合成与环境应用等领域的应用进展进行了分析。最后,对等离子体和TENG的融合做出总结,阐述了两者现阶段协同发展存在的问题和未来的发展方向,对今后融合发展的、以应用为导向的研究工作提供一定的参考。     

利用摩擦纳米发电机进行液固检测效果 可靠性影响因素分析

摩擦纳米发电机技术采用非接触式感应电测量方法,在自发电领域和智能传感领域得到了迅速的发展,但摩擦界面间起电原理和电荷转移过程受材料和环境影响,难以精确操控。本文利用气液间断型摩擦纳米发电机(L-S TENG)检测技术对PTFE管内流动介质进行实时监测,分析环境因素和结构参数对输出电特性的影响,揭示液-气-固三相在接触起电和感应电输出过程的作用机理及影响规律。研究发现：对于单电极L-S TENG系统,随着铜电极宽度的增加,开路电压显著增大,宽度从1 mm增至3 mm时,开路电压增长了1.32倍,当宽度增至6 mm时,较最初增长了1.9倍;随着液相温度从1℃升高到55℃时,开路电压呈现先升高后降低的趋势;随着管道老化程度的增加,转移到PTFE管壁的电子数降低,铜电极感应到的电荷数减少,电能转换效率降低;随着湿度的增加,相界面间的内源摩擦电效应减弱,开路电压降低;当环境中有强激光照射时,可以有效激发界面上载流子的能量水平,使系统输出性能和电能转换效率大幅提高。     

CNT/PDMS介电层微结构成型及摩擦纳米发电机制备

针对目前摩擦纳米发电机介电层表面微结构制作方法存在工艺流程复杂,成本高的问题,提出在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中掺杂碳纳米管(CNT)提高介电常数,并以砂纸为模板快速在PDMS表面成型微结构,实现微结构CNT/PDMS弹性体膜摩擦纳米发电机介电层的制备.研究不同目数砂纸下PDMS表面微结构、CNT掺杂质量分数及载荷作用...     

纳米摩擦的研究条件及其试样制作

介绍纳米摩擦的研究方法和必要条件 ,以及典型纳米摩擦试样的制作方法。     

纳米CaCO3半金属摩擦材料摩擦磨损性能的研究

使用定速摩擦试验机研究了纳米CaCO3对半金属摩擦材料性能的影响。结果表明：在半金属材料中，用纳米CaCO3代替普通的CaCO3粉体，在混料过程中，纳米CaCO3粒子粘附在其他颗粒和钢纤维表面上，热压成型过程中，作为粘结剂的树脂材料与这些材料之间的结合强度降低。在摩擦过程中，造成表面颗粒在剪切力的作用下，很容易与基体脱离，从而使得摩擦材料的摩擦因数偏小，而磨损率却大大增加。     

纳米锌粉的摩擦自修复研究

将纳米Zn作为添加剂加入350SN基础油中,在WMW-1P立式多功能试验机上考察纳米Zn对磨损表面的修复作用,并探讨了摩擦条件下对修复效果的影响.结果表明,纳米zn添加剂对磨损表面具有良好的修复作用,其修复性能受摩擦条件的影响.在适当的摩擦条件下,试环有明显的增重,修复后磨痕表面粗糙度降低了13.5%,扫描电子显微镜及能谱分析表明磨痕表面覆有一定厚度的金属zn层,其质量分数为97.68%.     

纳米颗粒增强铜基摩擦材料的摩擦学性能

基于粉末冶金法分别制备了纳米氮化铝和纳米石墨增强铜基摩擦材料,研究了纳米颗粒对铜基摩擦材料的摩擦磨损和耐热性能的影响规律.采用扫描电子显微镜(SEM)分析了材料的微观结构和磨损形貌,并利用惯性摩擦磨损试验机考核其摩擦学性能.实验结果表明:与未添加纳米颗粒的摩擦材料相比,添加纳米氮化铝和纳米石墨的摩擦材料的摩擦因数高而稳定,且随接合次数增加无明显衰退现象;耐磨性能分别提高了25％和11％;耐热性能分别提高了18％和25％.未添加纳米颗粒的摩擦材料的磨损机制主要为犁沟式磨料磨损,纳米氮化铝和纳米石墨能减少摩擦材料的磨料磨损,从而增强了摩擦材料的耐磨性.实验结果显示,纳米氮化铝和纳米石墨可显著提高铜基摩擦材料的摩擦学性能.     

纳米级金属粉改善润滑油摩擦性能的研究

在MPX200实验机上考察了粒径为20～30hm的铜粉和锡粉加入Q030润滑油后的摩擦性能,结果表明该铜粉能够提高Q030润滑油的极压性能,而将铜粉和锡粉一起加入该润滑油则效果更佳。     

摩擦纳米发电或成机械能发电重要方式

<正>中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士领导的研究小组最近研究了摩擦纳米发电机与传统电磁感应发电机的对称性和互补性,首次提出了摩擦纳米发电机是继电磁感应发电机之后,采用机械能发电的又一种重要方式,是具有可能和电磁感应发电机同等重要的新能源技术。人们的生活环境和工业生产中存在大量可以利用的机械能,近年来,王中林院士研究团队发明的摩擦纳米发电     

人牙釉质纳米尺度下的摩擦磨损行为研究

利用纳米划痕仪研究了人牙釉质在纳米尺度下的摩擦磨损行为,考察了法向载荷对牙釉质摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着法向载荷增大,人牙釉质的摩擦因数和磨损深度呈现非线性增大;载荷较小时(20mN),摩擦因数随载荷增加而快速增大,划痕表面主要呈现轻微凹陷,损伤以弹塑性变形为主;当载荷较大时(20mN),摩擦因数随载荷增加而缓慢增大,划痕表面开始出现磨屑,磨损以脆性剥层为主。     

硼酸-氧化硼系统纳米摩擦磨损特性研究

用原子力显微镜研究了干燥环境下氧化硼基体上硼酸膜的生长情况,分析了硼酸膜的纳米摩擦磨损性能,试验表明,原子力显微镜探针能够使硼酸覆盖膜产生磨损,但对氧化硼几乎不起作用;在纳米尺度的接触下,硼酸膜并不一定能显示出低的摩擦特性,只有当表面层发生变形,移动和堆积后,才能使摩擦力显著下降。     

纳米TiN合金镀层的摩擦性能研究

应用化学沉积技术在同步器表面沉积一层纳米TiN合金镀层,摩擦试验表明,纳米TiN合金镀层与钢的摩擦因数大于钢与钢的摩擦因数,且随着压力的增大而增大。通过原子力显微镜分析发现,纳米TiN颗粒均匀地弥散分布在镀层合金的晶胞中,形成了金属合金陶瓷镀层,使晶胞表面的粗糙度增大,而且镀层中无数的硬点,对钢有犁削作用,因而随着压力的加大犁削作用也加强。     

纳米SiC对半金属摩擦材料性能的影响

通过对比试验,研究纳米SiC对半金属摩擦材料性能的影响。试验表明,在半金属材料中,用纳米SiC代替普通的SiC粉体,摩阻材料的摩擦系数并没有明显的改善,而磨损率却大大地增加。借助扫描电镜(SEM)对混合粉体和摩擦表面的观察以及试验数据的分析,找到引起磨损增大的原因。